數(shù)字化交付在工程設(shè)計中的運(yùn)用

田宇

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安 710065）

1 數(shù)字化交付概述

數(shù)字化交付主要是指圍繞工程對象，對工程項目建設(shè)期間產(chǎn)生的一系列靜態(tài)信息進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)建直到移交的整個工作過程，主要包含信息交付策略制定、信息交付方案制訂、信息交付基礎(chǔ)制定、信息整合及校驗，以及信息移交與信息驗收等[1]。相比于傳統(tǒng)以紙質(zhì)圖紙以及無法搜索的掃描件為主體的工程設(shè)計交付形式，數(shù)字化交付主要是利用集成化平臺，以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的形式把設(shè)計相關(guān)的成品、內(nèi)容、對象數(shù)據(jù)、對象參數(shù)等提交給業(yè)主，以方便后續(xù)使用中能夠高效、及時、便捷地檢索所需文件，使業(yè)主在經(jīng)營管理中更加直觀，能夠簡單、快捷地經(jīng)集成平臺調(diào)用所需文件數(shù)據(jù)， 并可參考相關(guān)數(shù)據(jù)做好維護(hù)工作，而且后續(xù)擴(kuò)建中也能方便地查閱調(diào)用設(shè)計信息，屬于一種新型設(shè)計產(chǎn)品交付方式。 而且在數(shù)字化交付應(yīng)用中，工程設(shè)計人員可在數(shù)據(jù)集成與共享的基礎(chǔ)上，利用線上平臺更自動化、精準(zhǔn)化地校驗上下游專業(yè)設(shè)計結(jié)果，盡量減少設(shè)計錯誤率，切實提升設(shè)計效率。 針對相同類型的項目，可使所設(shè)計的項目模型與數(shù)據(jù)具有更高的復(fù)用率， 有助于減少同類項目前期準(zhǔn)備時間。 業(yè)主通過數(shù)字化交付，能夠基于設(shè)計數(shù)據(jù)科學(xué)地建設(shè)智能化工程，動態(tài)了解工程運(yùn)行相關(guān)管理數(shù)據(jù)，促使工程更穩(wěn)定、智能地運(yùn)營與維護(hù)，并可對設(shè)備資產(chǎn)加強(qiáng)數(shù)字化管理。

2 工程設(shè)計數(shù)字化交付的常見問題

2.1 設(shè)計軟件相關(guān)問題

目前， 在數(shù)字化交付中， 主流的設(shè)計軟件有PDMS、Smartplant 系列軟件等， 和以往平面設(shè)計軟件相比， 此類3D軟件具有較高的硬件要求，往往無法適用于傳統(tǒng)平面設(shè)計中用到的電腦硬件，在設(shè)計期間，經(jīng)常因為工作站配置或者服務(wù)器配置較低等造成死機(jī)，進(jìn)而引發(fā)數(shù)據(jù)丟失、項目進(jìn)度受影響等問題[2]。而且3D 軟件和部分輔助設(shè)計軟件不兼容，設(shè)計過程中會使工程師面臨一定的困擾。

2.2 對工程設(shè)計師能力要求高

和傳統(tǒng)設(shè)計項目相比， 數(shù)字化交付相關(guān)項目對工程設(shè)計師提出了更高的要求， 因為數(shù)字化交付所用軟件和傳統(tǒng)二維軟件相比更加復(fù)雜，同時操作界面也有別于二維設(shè)計軟件，對此，需要工程設(shè)計師深入學(xué)習(xí)，充分掌握新型三維設(shè)計軟件的使用方法，全面了解與熟練應(yīng)用軟件功能。 在以往項目設(shè)計中，主要會通過3D 軟件進(jìn)行輔助設(shè)計，發(fā)揮檢查碰撞以及各專業(yè)協(xié)調(diào)等功能，設(shè)計完成后再提交要求，然后交由采購方進(jìn)行材料與設(shè)備的購買，從而進(jìn)行現(xiàn)場施工，直至項目完成。 而數(shù)字化交付相關(guān)工程在3D 軟件設(shè)計中，需要利用相關(guān)軟件在同一平臺中整合項目設(shè)計、采購、施工等信息，要求各專業(yè)、各領(lǐng)域全面參與，這使得項目管理流程有別于傳統(tǒng)項目流程，要求工程設(shè)計師基于3D 軟件新功能以及數(shù)字化交付項目新形式等重新制定項目管理流程、采購流程以及施工流程等。 若工程設(shè)計師自身能力欠缺，容易在數(shù)字化交付過程中出現(xiàn)問題。

3 數(shù)字化交付在工程設(shè)計中的運(yùn)用內(nèi)容

本文主要以化工工程項目為例， 分析工程設(shè)計中運(yùn)用數(shù)字化交付的內(nèi)容。 通常情況下，裝置院要分別承擔(dān)自身所負(fù)責(zé)的裝置設(shè)計任務(wù)，完成相關(guān)設(shè)計內(nèi)容，總體院除了要進(jìn)行總體數(shù)字化交付規(guī)定的制定，對相關(guān)交付規(guī)定做出合理解釋，將項目類庫或者項目初始化的種子文件提供給各個裝置， 還要協(xié)助業(yè)主分階段對供應(yīng)商以及承包商所移交內(nèi)容的設(shè)計完整性、 深度以及相符性等進(jìn)行模型審查以及驗收審查， 若有需求，還要在交付全過程進(jìn)行全面設(shè)計審查。 此外，還要全面梳理業(yè)主ERP 采購編碼以及數(shù)字化交付工程編碼相互對應(yīng)關(guān)系等。 在化工工程項目設(shè)計中運(yùn)用數(shù)字化交付， 常會使用AVEVA 平臺、SPF 平臺以及西門子數(shù)字化平臺COMOS 平臺。

在化工工程項目數(shù)字化交付期間，要求交付內(nèi)容不僅要提供電子以及印拷貝文件等相關(guān)交付物，還要同步提供工程設(shè)計集成環(huán)境平臺以及有關(guān)工具軟件相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫備份，并要同步提供文件元數(shù)據(jù)表，要求數(shù)據(jù)表高度完整。具體來說，數(shù)字化交付應(yīng)用中涉及的內(nèi)容主要有工廠分解結(jié)構(gòu)、 智能工廠要求、工程位號分類、三維建模、成套包交付、關(guān)聯(lián)關(guān)系等。 化工工程設(shè)計中運(yùn)用數(shù)字化交付，比較重要而且耗時較多的環(huán)節(jié)是三維建模，主要是利用數(shù)據(jù)一致性檢查、碰撞檢查等自動化方式，盡量提升設(shè)計質(zhì)量，所以，大部分項目業(yè)主會提出三維建模的具體內(nèi)容以及深度要求[3]。其中，內(nèi)容方面主要要求三維系統(tǒng)模型生成管道空視圖、管道材料表、截面圖、平面圖等文件，而設(shè)計深度方面則主要針對管道、儀表、設(shè)備、建筑、結(jié)構(gòu)、地管、電訊、電氣、消防系統(tǒng)和固定消防裝置等提出詳細(xì)、深化的要求。

4 數(shù)字化交付在工程設(shè)計中的實踐案例

某大型化工項目主要建設(shè)大型煤制乙二醇裝置， 工程主要包含氣化、變換、凈化、空分、乙二醇及全廠公用工程和輔助設(shè)施等。 該工程總投資約200 億元，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，規(guī)模較大，涉及較多工程主項。經(jīng)過深入分析，業(yè)主要求應(yīng)用數(shù)字化交付設(shè)計。

4.1 建立三維模型

在該工程三維模型建立中，要先根據(jù)裝置院的建設(shè)順序，同業(yè)主共同制訂資料分步接收計劃。 收集的資料為可編輯版或電子版，數(shù)字化交付過程非一次性交付，如果中間過程資料非最終版本，應(yīng)按照過程逐步完善，項目交付驗收將按照設(shè)計院竣工版圖紙為準(zhǔn)。

本項目實施過程中采用AVEVA PDMS 作為三維設(shè)計軟件，AutoCAD 作為二維圖紙的制圖工具，Microsoft office 作為文本制作及處理工具， 并采用AVEVA NET 作為數(shù)字化交付平臺，用于交付物交付前的自檢。 相關(guān)專業(yè)人員通過三維協(xié)同設(shè)計平臺進(jìn)行設(shè)計建模以及協(xié)調(diào)互動， 并在平臺中實時反饋設(shè)計信息。 在完成各部位的三維模型后，進(jìn)入分級總裝階段，利用虛擬模型進(jìn)行碰撞檢查， 由此發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計以及布局中存在的不足和缺陷，同步予以修改。

4.2 信息及資料錄入

第一步建立的工程三維模型屬于初級產(chǎn)品， 尚無法充分達(dá)到數(shù)字化交付以及后期運(yùn)維管理要求， 需要把工程相關(guān)各類信息與資料導(dǎo)入三維模型中，比如，各專業(yè)設(shè)計文件、施工圖紙以及工程施工與監(jiān)理期間產(chǎn)生的各種關(guān)于工程建設(shè)與驗收的文檔資料，還有各種設(shè)備性能參數(shù)、安裝信息、廠家信息等。 同時，要求錄入的信息要和模型內(nèi)部的各種設(shè)備設(shè)施保持相互對應(yīng)關(guān)系，最終獲得邏輯關(guān)系密切的數(shù)字三維信息模型。主要專業(yè)三維模型錄入和交付的深度要求如下。

4.2.1 設(shè)備模型內(nèi)容及建模深度

1）設(shè)備一覽表中所有設(shè)備的設(shè)備定位及外形。

2）設(shè)備本體、管口、人孔。

3）設(shè)備吊耳、軸耳和吊柱。

4）附設(shè)備梯子、平臺。

4.2.2 管道模型內(nèi)容及建模深度

1）管線一覽表中DN15 及以上所有工藝及公用工程管線的管道模型。

2）DN50 以上管道的支吊架。

3）安裝在管線上的管道特殊件及儀表。

4）管道夾套管及管道伴熱分配站、疏水站、回水站。

4.2.3 儀表模型內(nèi)容及建模深度

1）所有設(shè)備和管道上的一次儀表、有毒可燃檢測儀表均需建模，需示意外形，滿足空間占位。

2）大于或等于200 mm 寬的電纜橋架。

3）埋地鎧裝電纜與穿線管，需示意外形，滿足空間占位。

4）機(jī)柜間需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

4.2.4 電氣模型內(nèi)容及建模深度

1）路燈、裝置區(qū)戶外燈具，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

2）大于或等于200 mm 寬的電纜橋架。

3）埋地鎧裝電纜與穿線管，需示意外形，滿足空間占位。

4）變電所需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

4.2.5 結(jié)構(gòu)模型內(nèi)容及建模深度

1）位于地面及樓面的設(shè)備基礎(chǔ)，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

2）承臺，建、構(gòu)筑基礎(chǔ)及基礎(chǔ)梁，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

3）建、構(gòu)筑物的梁、板、柱、斜撐、屋架、吊車梁，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

4）管廊、水池、煙囪、棧橋等特種結(jié)構(gòu)，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

4.2.6 建筑模型內(nèi)容及建模深度

1）廠區(qū)內(nèi)所有裝置、公輔設(shè)施等工業(yè)建筑需要建模。

2）裝置界區(qū)內(nèi)地坪及地坪內(nèi)地溝。 需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

3）廠區(qū)公用建筑（綜合樓、化驗樓、中央控制室、生活樓、消防站、辦公輔樓、危廢暫存庫、檢修間、備品備件庫、危險品庫、化學(xué)品庫等）需建立建筑外觀模型。

4.3 發(fā)布并應(yīng)用數(shù)字三維模型

項目數(shù)字化交付發(fā)布前， 管理員將不定期對數(shù)據(jù)執(zhí)行Integrity Check 功能檢查數(shù)據(jù)庫的完整性；設(shè)計過程中，設(shè)計人員將不定期地執(zhí)行Data Consistency Check 功能， 檢查數(shù)據(jù)一致性；執(zhí)行碰撞檢查，檢查碰撞問題；通過二次開發(fā)工具檢查等級分界、標(biāo)高、設(shè)備管口等易錯模型；通過報告檢驗管線、設(shè)備、儀表等數(shù)據(jù)對象位號和屬性。

為使數(shù)字三維模型有更小的文件體量，在數(shù)據(jù)庫交付前，刪除所有的測試區(qū)域、測試模型、臨時過濾器、臨時文件、臨時目錄和測試報告等。 使用人員基于三維數(shù)字化模型，可通過網(wǎng)絡(luò)連接或設(shè)備所內(nèi)嵌的信息資料庫實現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢、 管理及會診，達(dá)到無紙化辦公目的。 在三維數(shù)字模型建立基礎(chǔ)上，還能直觀、形象地查詢各類設(shè)備以及設(shè)施其結(jié)構(gòu)參數(shù)、特征參數(shù)、空間定位、相互關(guān)系等信息，在后續(xù)工程維修過程中能夠在無損狀態(tài)下及時明確故障點位，尤其有助于快速、精準(zhǔn)地了解隱蔽工程管線敷設(shè)走向以及具體位置等，及時定位故障點。

4.4 建立數(shù)字化交付平臺

該項目以數(shù)字化集成設(shè)計為基礎(chǔ)， 采用AVEVA 公司的AVEVA NET 作為交付平臺，建立完善包含工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工程信息收集、數(shù)據(jù)校驗、瀏覽、存檔、持續(xù)化改造為一體的大型工程數(shù)字化交付平臺。 平臺支持瀏覽多類型圖紙文件 （如DWG、PDF 格式等），可以直接在網(wǎng)頁瀏覽器中瀏覽，不依賴源系統(tǒng)（軟件）的可視化功能；平臺支持熱點化圖紙，即對包含的工廠對象編號經(jīng)過自動熱點化的處理，可供用戶進(jìn)行點擊，以便查看此位號相關(guān)的詳細(xì)信息； 平臺支持對圖紙進(jìn)行各類標(biāo)注，還可將標(biāo)注的信息保存并分發(fā)給其他用戶查看，標(biāo)注不應(yīng)影響原圖紙文件；平臺具備良好的文檔管理功能，支持用戶自定義文檔目錄樹結(jié)構(gòu)， 支持文件內(nèi)容與各類文件屬性的關(guān)聯(lián)查詢，可對平臺進(jìn)行文件增、刪、改、查及升版等基本操作，具備文件多類型標(biāo)注處理，具備全文檢索功能。

4.5 特殊定制與開發(fā)

因為化工項目具有一定的特殊性，而且工藝流程復(fù)雜，工程設(shè)計除了一些常規(guī)要求，還會涉及部分額外需求，例如，建設(shè)單位提出的智能巡檢、 模擬仿真沉浸式培訓(xùn)、 固定資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)處理分析等要求。 對此，可通過計算機(jī)語言實現(xiàn)深度開發(fā)，基于建設(shè)單位一些個性化需求進(jìn)行特殊定制與開發(fā)。 該工程在數(shù)字化交付中，于交付平臺的底層建立數(shù)據(jù)庫，用其存儲數(shù)據(jù)，并使編碼系統(tǒng)充分發(fā)揮其橋梁功能，使服務(wù)平臺當(dāng)中不同的服務(wù)模塊聯(lián)系起來，最后基于三維模型在Web 界面中顯示。 通過該交付平臺，可對此工程實現(xiàn)全生命周期管理。

5 結(jié)語

近年來， 數(shù)字化交付開始廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域和諸多項目中，通過整合數(shù)字化交付全廠數(shù)據(jù)，可為工程建設(shè)、工程運(yùn)維以及后期改造擴(kuò)建等提供有力支撐。 在未來發(fā)展中，數(shù)字化交付的數(shù)字化、 無紙化管理理念將得到更廣泛和更深入的應(yīng)用，促使工程管理更加智能化，工程決策更加科學(xué)化，并使資料與信息管理趨于電子化、網(wǎng)絡(luò)化。